CAXA制造工程师结合PowerMILL在模具制造中的应用

不想从良

国内开发的CAXA制造工程师软件在模具设计中操作简单，易学易用。英国DelCAM公司开发的PowerMILL软件的模具加工功能强大，安全、高效。根据这两种软件的特点，本文探讨了如何综合运用这两种软件，快速高效地实现模具的设计和加工。
    现阶段随着数控机床的广泛普及，许多工厂已经实现了由2D设计软件向3D设计软件的转变，数控机床也由原来的直接以G代码或APT语言进行数控编程过渡到了计算机辅助编程。笔者所在单位先后购买了英国DelCAM公司的系列软件和北京CAXA公司开发的CAXA系列软件，以提升单位的数控加工能力。
& y2 C# h$ ?+ Z5 C) ]( T0 l" Y    在数控实践中，我们发现，由于CAXA系列软件是由中国自己的软件企业开发的，所以CAXA对于中国人来说具有易学易用、简单方便、功能实用等特点，非常适合中国的加工企业。而DelCAM公司是世界领先的专业CAD/CAM集成系统开发商，是当今世界唯一拥有大型数控加工车间的CAD/CAM软件公司，其核心加工软件PowerMILL模块更是以安全、方便、高效独树一帜。
7 F  N3 l1 `9 P" `7 a9 i    本文将探讨采用CAXA制造工程师软件与PowerMILL相结合，实现简洁、高效、符合中国人习惯的模具CAD/CAM一体化解决方案。

- R+ t: K& G" g& ~* x. U$ d( s    一、模具设计在CAXA制造工程师软件中的实现
& g8 B, Q# M( L" s- ?8 v/ x    CAXA制造工程师软件具有卓越的实体造型、模具设计功能，是在Windows环境下运行的CAD/CAM软件。软件提供了强大的线框造型、表面造型、实体造型等造型功能。软件提供的基于实体精确造型的技术，包括拉伸增料、导动增料等五种增加材料的方法，旋转除料、放样除料、曲面裁剪等六种减少材料的方法，过渡、抽壳、拔模等特征编辑功能以及缩放、型腔、分模等模具相关的功能。由于采用了精确的造型技术，使曲面融合进实体中，形成统一的曲面实体复合造型技术。利用这一模式，可实现曲面裁剪实体、曲面生成实体、曲面约束实体等混合操作。最主要的是CAXA制造工程师软件是专门针对中国人，并由中国人自己开发的软件，全中文界面和快速简洁的中文帮助文档，符合中国人开发设计的操作习惯，这使我们能在最短的时间内快速掌握此软件。

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. A( \& v6 E! v7 l5 A; F4 \% ?    这里以建立图1所示的磨擦楔块锻模为例，分析CAXA制造工程师软件在模具设计中的应用。具体参数可参见《第一届全国数控技能大赛数控铣/加工中心软件应用竞赛样题（职工组）》。
# z- |+ r: ~9 c, e3 q7 x: t    三维空间造型，目前大多数都是根据二维图样来做的。所以如何很好地理解二维三视图是能否做出实体造型的第一步。根据图样提供的5个视图，我们要想象出这个零件是一个什么样的空间形状。图样中确定零件形状的关键截面有四个：主视图的左端面、右端面和中间的B—B、A—A截面，造型的主要工作就是根据这四个截面来完成。
    利用给定的截面来做造型，首选的功能就是放样增料、放样除料。模具四周是四个三种不同角度的斜面，这三个面可以考虑多曲面裁实体，也可以考虑根据四周斜面的斜度求出上端的矩形，利用上下两个矩形做拉伸除料。四周6mm深的槽如果也采用放样增料或除料的方法可能比较困难，这时可以采用实体的布尔运算很轻松地完成。
    这样，通过分析确定出模具造型方案：
2 M2 M/ g; ^- W; {( ^7 I3 l    (1)做出四个截面；
    (2)根据左右二端的截面线做拉伸增料，得到整个造型的主体；
    (3)根据中间二个截面做拉伸除料，做出型腔中8.7mm部分；
    (4)根据Z-56深处的长方形和四周的斜度求出延伸到上面的截面，做拉伸除料，得到Z-56坑；
    (5)做出6mm深槽的凸形，与已经做好的模型做布尔运算；
2 O5 c6 e+ Q0 O7 a    (6)按图倒各圆角。通过这六大造型步骤的完成，磨擦楔块锻模最后的造型结果如图2所示。

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    通过对模具形体特征的分析，确定出模具实体造型的相关步骤，然后利用CAXA制造工程师软件提供的曲线造型、放样增料、放样除料、实体布尔运算等实体造型功能，可以轻松完成各种复杂的模具设计。
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    二、CAXA制造工程师软件与PowerMILL的数据转换
    要实现CAXA制造工程师软件与DelCAM软件之间的CAD/CAM一体化，它们之间的数据共享是关键。CAXA-ME的默认文件格式为自带的mxe文件数据格式，这种文件格式并不能被其他CAD/CAM软件所识别。针对不同部门不同单位间CAD/CAM工程软件各不相同的特点，为保证CAXA-ME与其他软件间的图形数据共享，需要CAXA-ME具有丰富的图形数据接口。CAXA-ME包括了基于曲面的DXF和IGES标准图形接口，基于实体的X-T、X-B，面向快速成形设备的STL以及面向INTERNET和虚拟现实的VRML等接口。根据我们的实践总结，CAXA-ME可以通过igs、x_t、x_b等文件格式与各主流CAD/CAM软件进行图形数据文件交换，但最好用x_t和x_b这两种数据格式，因为这两种格式是CAXA制造工程师软件的造型内核Parasolid的文件格式，用它们进行文件交换一般不会出现问题。CAXA-ME在读入igs文件时问题较多，容易出现文件数据丢失等现象，最好不采用。至于dfx格式，一般用于二维文件的交换，好多软件都不支持dfx的三维。
    如本文中的磨擦楔块锻模模型，要实现CAXA-ME向其他图形数据格式的转换，可以选择CAXAME的“文件”菜单，然后选择“另存为”，出现如图3所示的文件存储对话框，然后点击选择“保存类型”中的“Parasolid x_t文件(*.x_t)”或“Parasolid x_b文件(*.x_b)”进行图形文件的保存。

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7 d0 p) J  L4 U7 T5 G' T  h    一旦图形数据文件以x _ t或x_b的文件格式保存下来后，就可以利用专用的DelCAM图形数据文件转换程序——PS-Exchange将图形文件转换成PowerMILL能够识别的文件格式。PS-Exchange具有强大的图形数据转换功能，可以使PowerMLL直接输入其他三维CAD软件（如Pro/ENGINEER、UG、CATIA、SolidEdge、SolidWorks等）的数据格式文件而不需进行其他数据转换的处理。但是PS-Exchange并不支持CAXA图形数据格式文件，所以在这里需要将CAXA的图形数据文件转换成PS-Exchange能够识别的x_t或x_b的文件格式，再将该格式的图形数据文件自动读入PS-Exchange进行转换并输入到PowerMILL中。在点击PowerMILL中“ 文件” 菜单下面的“ 输入模型”命令后，可以在输入模型对话框中“文件类型”下选择需输入的文件类型，如图4所示。在选定输入的文件后，PS-Exchange会在后台启动并将转换过后的图形文件显示在PowerMILL的图形框中，图5为摩擦楔块锻模输入PowerMILL后的显示结果。

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    三、模具加工在PowerMILL中的高效实现
8 Q9 [1 A# I9 A7 f( V1 t0 `/ \* g    PowerMILL是世界上著名的功能最强大、加工策略最丰富的数控加工编程编程软件系统之一，同时也是CAM软件技术最具代表性的，增长率最快的加工软件。它是独立运行的、智能化程度最高的三维复杂形体加工CAM系统。对于中国用户来说，PowerMILL的全新中文用户界面、完善的加工策略，能帮助用户产生最佳的加工方案，提高加工效率，减少手工休整，快速产生粗、精加工路径；任何方案的修改和重新计算几乎在瞬间完成，缩短85%的刀具路径计算时间；2.5轴的数控加工包括刀柄、刀夹进行完整的干涉检查与排除；加工实体仿真方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间；实体模型全自动处理，实现了粗、精、清根加工编程的自动化。
    PowerMILL数控编程的基本步骤主要有：
    (1)模型输入；
    (2)毛坯定义；
    (3)参数设置；
' q- l  D- T0 \8 _0 G; ~3 Y. ~& o& o    (4)刀具路径的产生；
    (5)刀具路径的仿真；
    (6)NC程序的生成。
( ~# p/ q8 n$ O' {2 Z. `% G    其中刀具路径的仿真不是必需的，其他步骤是必不可少的。参数设置主要包括刀具定义、进给率设置、快进高度设置以及加工开始点设置、切入/切出设置、刀轴方向设置等。参数设置的先后次序可以任意调换，或者忽略这些步骤而调用默认值。
    如图5所示，摩擦楔块在完成模型输入后，进行相应的参数设置，就可以进行数控编程了。这里根据零件结构特点，采用刀尖圆角端铣刀，利用三维区域清除中的“平行区域清除模型”的方法进行粗加工；然后同样采用刀尖圆角端铣刀，利用精加工中的“等高精加工”方法进行模具的半精加工；最后采用球头刀，利用精加工中的“参考线精加工”方法进行模具的精加工。
    摩擦楔块锻模粗加工的刀具路径图如图6所示。摩擦楔块锻模粗加工刀具路径的仿真结果如图7所示。摩擦楔块锻模的精加工刀具路径仿真效果如图8所示。
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    PowerMILL生成的刀具路径不能直接输入数控机床作为数控代码进行加工，须将刀具路径通过PowerMILL的后处理程序转换为相应机床控制系统的数控程序，然后将数控程序输入数控机床以加工毛坯。PowerMILL提供了两种后处理方法：NC程序和PM-Post后处理。
    这里只介绍NC程序的生成步骤：首先是根据输入的模型生成刀具路径；然后右键单击产生的每个刀具路径“产生独立的NC程序”；最后右键单击生成的每个NC程序，将NC程序“写入”默认的文件夹。
' N$ w; q& S; t( h6 P    图10为用记事本程序打开的适用于FANUC机床控制系统的摩擦楔块锻模粗加工NC程序清单的一部分，此NC程序可直接输入相应机床进行加工。

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    四、结束语
    CAXA制造工程师软件的造型功能简单实用，易学易懂，便于操作；DelCAM的PowerMILL加工功能强大，安全高效，中文界面尤其适合中国技术人员操作。结合CAXAME和PowerMILL各自的优点，使模具设计加工能够简便高效地实现。本方法尤其适合高级数控操作技术人员，对模具开发要求不是很高，重点是完成模具数控加工的场合。

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真是不错的资料，给我们这些新手大开方便之门。